La eficiencia del embalaje no es toda la historia cuando se trata de determinar la estructura cristalina que asumirá un material.
Teniendo en cuenta un sistema de esferas duras de un solo tamaño (con la advertencia de que los átomos no son esferas duras), las geometrías de empaquetamiento más eficientes corresponden a una estructura cristalina hexagonal compacta (HCP) o una estructura de cristal cúbico centrado en la cara (FCC). Ambas estructuras producen una fracción de empaque del 74% y consisten en planos triangulares.
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Varios metales (cromo, molibdeno, tántalo) asumen una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC) (68% de relleno), que es una estructura cristalina menos compacta.
En materiales reales, la estructura cristalina estable dependerá de las cargas de los átomos, la forma de los átomos o
bitales y la valencia (ver: Unión en sólidos). El diamante (y el silicio y el germanio) tienen una variante de la estructura de cristal cúbico centrada en la cara con átomos adicionales en la celda unitaria.
El diamante (y el silicio y el germanio) consisten en átomos hibridados sp3, lo que significa 4 enlaces idénticos donde cada átomo de carbono (o Si o Ge) asume una configuración electrónica similar a un gas noble al ‘compartir’ un electrón con cada uno de sus 4 vecinos (es decir, enlace covalente). Los enlaces en el diamante son más fuertes que en el silicio o el germanio porque los orbitales atómicos tienden a ser más pequeños en la tabla periódica. Los átomos de carbono deben estar más juntos para unirse entre sí, lo que también hace que sea difícil separarlos.
Como nota final (pedante), el diamante en realidad solo es metaestable a temperaturas y presiones atmosféricas: el grafito es la forma estable de carbono en condiciones ambientales. Pero una vez que la alta temperatura y la alta presión empujan el carbono sobre la gran barrera de energía requerida para formar el diamante, no volverá fácilmente debido a los fuertes enlaces covalentes.
